结合先导认知体系的电力系统稳态分析课程教学

张小莲+张强

摘 要： 在授课过程中，能够准确把握教学大纲、熟练掌握教学内容、具备科学有效的教学思路以及能够应用高效的呈现方式将知识传授给学生，是教好一门课的关键要素。本文针对《电力系统稳态分析》课程教学提出了结合先导认知体系的教学理念，包括基于学生先导认知体系传授新知识、引入课程知识构建新的认知体系、先整体后局部的认知导向、基于虚拟反馈改善教学方法和认知体系。

关键词： 电力系统稳态分析；先导认知；知识体系；虚拟反馈

一、 准确把握教学目标和内容，为构建课程认知体系奠定基础

熟练掌握教学目标和课程内容，是梳理课程知识、帮助学生建立课程认知体系的前提。教学大纲是根据教学计划，以纲要形式规定一门课程教学内容的文件。包括该课程的教学目的、任务、教学内容的范围、深度和结构、教学进度以及教学方法上的基本要求等。教学大纲是编写教科书和教师进行教学的主要依据。

根据教学大纲，《电力系统稳态分析》和《电力系统暂态分析》是《电力系统分析》课程的两个分支，是电力系统及其自动化专业的必修专业课程，其中《电力系统稳态分析》是学生完成电路、电机学等专业基础课后接触的第一门专业课程。它是一门承上启下的课程，以电路、电机学等为基础，为后续的专业课程打下基础；同时它也是一门理论与实际相結合的课程，既有很强的基础理论，又具有较强的工程实践性。该课程包含课堂教学和演示实验两大部分，其教学目标主要包括以下5点，其中第2至第4项为教学重点内容。

（1）了解电力系统的基本概念；

（2）掌握电力系统中各元件的等值电路和参数；

（3） 掌握手算潮流的方法（潮流即功率分布和节点电压）；

（4）掌握电力系统运行状况的调整（调频和调压）；

（5）使学生在工程分析计算和解决实际问题的能力上得到训练和培养。

为实现上述教学目标，《电力系统稳态分析》课程设置五章教学内容，第一章电力系统的基本概念，第二章各元件的特性和数学模型，第三章简单电力网络的计算和分析，第四章有功功率和频率调整，第五章无功功率和电压调整。一二章为基础知识，三至五章是以一二章为理论基础的应用型计算分析。

二、 结合学生先导认知体系的教学思路

先导认知体系即学生自身具备的与本课程相关的基础知识，包括通过学习电路、电机学、大学物理等先修课程获得的专业知识，以及其他解决工程或理论问题的技能、方法等。结合先导认知体系的教学思路包括基于学生先导认知体系传授新知识、引入课程知识构建新的认知体系、先整体后局部的认知导向、基于虚拟反馈改善教学方法和认知体系。

1. 基于学生先导认知体系传授新知识

根据认知学习理论，新知识是在旧知识的基础上形成和发展的，是旧知识的延伸和补充，它起着承上启下的作用。而且在学习新知识时，如果能够与已有的先导认知进行结合，将使新知识更容易被接受和理解，这也是举例教学的理论基础。

以电力系统中有功功率的最优分配为例，该问题的数学模型如图1所示。对于学生而言，理论性的优化问题十分晦涩难懂，因此，在教学中可采用如下生活实例进行类比：

生活实例：购买火车票；待优化的变量可以为：

1. 价格，

2. 发车时间，

3. 到达时间，

4. 是否转车等等；目标函数可以为：

1. 费用最少，

2. 耗时最少；不等式约束为：

1. 经费限制，

2. 发车和到达时间不可以是凌晨等。如此一来，既便于学生理解电力系统中的优化问题，又能够使得理论问题变得更亲和，排除学生的抵触心理。

图1 电力系统有功功率最优分配问题

2. 引入课程知识构建新的认知体系

新知识的引入将带来先导认知体系的重组，从而构建新的认知体系。该体系将建立本课程知识点之间的联系，以及本课程知识点与先导知识之间的联系，如图2所示。此外，零散的知识相较于系统的知识体系更难记忆和理解。因此，帮助学生建立知识体系更有利于学生对新知识的学习和掌握。通过总结归纳，获得了《电力系统稳态分析》课程各个章节之间的联系，并建立了如图3所示的知识体系。

图2 构建新认知体系的示意图

图3 电力系统稳态分析知识体系

3. 先整体后局部的认知导向

先整体后局部的认知导向是指在学习新课程时，先了解大体知识框架，然后在逐渐填充细节。该思路便于学生首先掌握知识的宏观面貌，有助于与先导知识发生联系，重组认知体系，然后再了解知识的微观面貌，从而降低学习的难度。本文以电力系统稳态分析第二章为例，展示了先整体后局部的认知导向的实施方法，如图4所示。

图4 基于先整体后局部的认知导向的知识框架和细节展示

4. 基于虚拟反馈改善教学方法和认知体系

在教学过程中，注意课后反馈并据此调整上课内容或讲述方法是十分必要的。然而，在课前准备环节，并没有真实的反馈可以借鉴，因此，需要一种虚拟反馈与真实反馈相结合的思路，如图5所示。

课前准备包括教学内容的理解和组织、教学难点的估计、教学方法设计以及是否需要补充基础知识等；虚拟反馈是指根据教师预判的学生接受能力合理安排教学内容和教学方法，其中学生接受能力主要是指学生先导认知及认知程度；而真实反馈即为课中课后的眼神、提问的回答情况以及作业完成情况等。通过虚拟反馈与真实反馈相结合，改善教学内容，特别是补充基础知识，对于加快构建新认知体系而言是一种十分有效的途径。

图5 虚拟反馈与真实反馈相结合的思路

三、 结语

本文针对《电力系统稳态分析》课程教学提出了一种结合先导认知体系的教学理念，包括基于学生先导认知体系传授新知识、引入课程知识构建新的认知体系、先整体后局部的认知导向、基于虚拟反馈改善教学方法和认知体系，为提升《电力系统稳态分析》教学效果提供了一些有益思路。

参考文献：

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[4]陈珩.电力系统稳态分析（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2007.

作者简介：

张小莲，张强，讲师，江苏省南京市南京工程学院电力工程学院。endprint